|
|
Často nastává situace, kdy vlnění dopadá na překážku malých rozměrů. Demonstrační zařízení, kterým lze modelovat vlnové děje na vodní hladině, umožňuje pozorovat
situaci, ve které na překážu dopadá rovinná vlna
/viz obrázek/. Ta vznikne tak, že povrch vodní hladiny je rozkmitáván vodorovnou tyčkou, která se periodicky dotýká povrchu vody.
Můžeme si všimnout, že vlnění dospělo i za překážku. Nastal ohyb vlnění.
Podobný jev nastává, je-li v překážce velkých rozměrů malý otvor. Pozorujeme, že za překážkou se vlnění šíří všemi směry, ačkoliv bychom očekávali, že po průchodu otvorem bude vlnění postupovat jen původním směrem, kterým se šířila rovinná vlna
/viz obrázek/. Pokus je důkazem, že nastal ohyb vlnění. V jeho důsledku se vlnění za překážkou odchyluje od svého původního směru a to tím více, čím je otvor v překážce menší.
Ohyb vlnění je poměrně složitý jev a pomocí Huygensova principu objasníme jen jeho podstatu. Ta spočívá v tom, že každý bod vlnoplochy, která dospěla k překážce, je zdrojem elementárního vlnění, které se šíří všemi směry, tedy i do prostoru za překážku. Tam tato vlnění navzájem interferují a to vede k zvětšení, popř. k zmenšení amplitudy výsledného vlnění v jednotlivých bodech, což se projevuje jako ohyb vlnění.
Ohyb souvisí jak s rozměrem překážky, tak s vlnovou délkou vlnění, které na překážku dopadá. Obecně platí, že ohyb je při určitém rozměru překážky a poloze pozorovatele tím výraznější, čím větší je vlnová délka vlnění.
Srovnejme z tohoto hlediska dvě nejdůležitější vlnění - zvuk a světlo. Zvuk je mechanické vlnění o vlnové délce řádově
0,1 m , kdežto světlo, s jehož podstatou se seznámíte v učivu optiky, má vlnovou délku řádově 0,000
000 1 m. Tomu odpovídá mnohem výraznější ohyb zvukového vlnění, kterým vysvětlíme známou zkušenost, že zvuk slyšíme i za velmi rozměrnou překážkou, kdežto světlo nepronikne ani
za překážku malých rozměrů a vzniká za ní stín.
Podrobnější rozbor Huygensova principu provedl francouzský fyzik
Augustin Jean Fresnel /1788 - 1827/, který dospěl k závěru, že vlnění v určitém bodě P nové vlnoplochy je podmíněno jen vlněním malé části původní vlnoplochy. Tuto část vlno plochy si můžeme představit jako kruhovou plošku v okolí průsečíku vlnoplochy s paprskem a nazveme ji účinná ploška
/viz obrázek/. Jestliže překážka, která stojí v cestě vlnění, je větší než účinná ploška, vlnění za překážku nepronikne a za překážkou je stín vlnění. Jsou-li však rozměry překážky menší než účinná ploška, nastává ohyb vlnění.
Podle Fresnela závisí velikost účinné plošky nejen na vlnové délce vlnění, ale i na vzdálenosti pozorovatele od překážky. To znamená, že ohyb pozorujeme i na větší překážce v dostatečné vzdálenosti od pozorovatele. Můžeme říci, že vlnění dospěje k pozorovateli za překážkou, není-li průměr překážky příliš veliký v porovnání s velikostí účinné plošky o průměru druhé odmocniny ze součinu vzdálenosti a vlnové délky.
Větší význam než ohyb zvukového vlnění má ohyb světla. Proto se ohybovými jevy budeme podrobněji zabývat až v učivu optiky.
Směr, kterým se vlnění šíří, jsme vyznačili přímkou - paprskem. Předpokládali jsme tedy přímočaré šíření vlnění. Poznali jsme, že tento předpoklad má omezenou platnost.
Definice: Směr šíření vlnění je ovlivněn ohybem vlnění na překážkách. Tento vliv však je menší u vlnění s menší vlnovou délkou.
|
|